基于事故树分析的海上交通事故的研究_姚杰

DOI :10. 16535/j . cn ki . dlhyxb . 2010. 04. 001

第25卷第4期2010年8月

大连海洋大学学报

J O U R N A L O FD A L I A NO C E A NU N I V E R S I T Y

V o l . 25N o . 4A u g . 2010

文章编号:1000-9957(2010) 04-0348-05

基于事故树分析的海上交通事故的研究

姚杰

1、2

, 任玉清, 李玉伟

(1. 大连海事大学航海学院, 辽宁大连116026; 2. 大连海洋大学海洋工程学院, 辽宁大连116023)

将系统安全分析方法中的事故树分析(F T A ) 引入到海上交通事故研究中, 以船舶碰撞事故为例, 摘要:

根据影响碰撞事故的各个因素及其逻辑关系建立事故树, 并对该事故树进行定性分析, 求出了各因素的重要度系数及事故树的最小径集, 并且提出了控制船舶碰撞事故的措施, 以避免碰撞事故的再次发生。结果表明:该方法能全面、客观地反映事故的因果关系, 便于找出导致事故发生的主要原因, 便于制定出防控事故的主要措施, 在海上交通事故控制中可以起到良好的作用。水路运输; 海上交通事故; 事故树分析; 预防和控制关键词:

中图分类号:U675. 85　　　　文献标志码:A

　　海上交通运输是现代交通运输的重要方式之

一。据联合国有关部门统计, 90%的世界贸易量是通过水路运输实现的。然而, 由于海运业具有高风险特点, 很容易发生海上交通事故, 过去如此, 在科技高度发展的今天同样如此。海运业在给世界经济带来繁荣的同时, 也给社会稳定和经济发展带来了严重的影响。因此, 分析研究导致海上交通事故的主要原因, 防控事故的再次发生, 是保障海上交通运输安全、科学发展的基础性工作。目前, 为查找海上交通事故的主要原因, 制定出针对性的防控措施, 很多学者做了大量艰苦而卓越的工作。

事故树分析(F a u l t t r e ea n a l y s i s , F T A ) 也称故障树分析, 是安全系统工程中的重要方法之一, 主要用于系统危险性的辨识和评价, 不仅能分析得出事故的直接致因, 而且能深入地揭示出事故的潜[7]

在致因。目前, F T A 方法作为定性和定量预测与预防事故的主要方法在很多领域得到了广泛应用。在船舶交通事故分析方面, 国内的专家

[12]

学者进行了一些研究。如翁跃宗等运用F T A 方法获得了厦门港海上交通事故的航行环境原因及其重要度; 海军等

[13]

[8-11]

[1-6]

制定出避免和控制海上交通事故的有效措施。

1　FT A 的基本原理

事故树分析是一种演绎推理分析方法, 即从结

果分析原因的方法。该方法从一个可能发生的事故(顶事件) 开始, 自上而下、层层深入地寻找顶事件的直接原因事件和间接原因事件, 直到基本原因事件(基本事件) 为止, 并用逻辑门符号把这些事件之间的逻辑关系表达出来, 形成一倒挂的树形图, 称为事故树(F a u l t t r e e , F T ) 。根据该事故树结构求解其最小割集或最小径集, 同时确定出各基本事件的结构重要度, 可以制定预防事故的安全保障措施; 然后依据引发事故的各基本事件的概率, 确定顶事件的发生概率和各基本事件的概率重要度及关键重要度, 进而对于事故可能造成的危害进行风险分析, 以确定安全投资方向, 达到预测与预防事故发生的目的。事故树常用的符号、意义及事故树分析的具体原理详见文献[10]。

2　海上交通事故树的编制

海上交通事故包括碰撞、搁浅、触礁、触损、浪损、火灾、风灾或其他事故等多种。事故的发生原因也有很多种, 往往都会涉及到“人—船—环境”三个方面, 需要运用安全系统工程的方法进行分析。作者仅以船舶碰撞事故为例, 运用F T A 方法进行分析。通常认为, 船舶碰撞是一个动态变

运用F T A 方法对水路军事运输

[14]

中的一些典型事故进行了分析; 李国定等运用

F T A 方法分析某起海上事故, 找出了导致事故的主要原因。这些研究着重在事故原因分析方面, 而对事故防控措施的研究尚不够深入和具体。为此, 作者继续运用事故树分析方法研究海上交通事故, 以

　收稿日期:2010-06-17　基金项目:辽宁省海洋与渔业厅资助项目

　, , , 。E-m a e d u . c n

第4期　　　　　　　　　姚杰, 等:基于事故树分析的海上交通事故的研究化的过程, 其发生、发展过程必然经历了致有构成碰撞危险、存在碰撞危险、紧迫局面、紧迫危险和

[15-16]

碰撞5个阶段, 如果双方当事船舶能在前三个阶段中严格按照《1972国际海上避碰规则》(以下简称《规则》)中的有关规定, 采取正确的避让行动, 碰撞事故是不会发生的。然而, 遗憾的是, 在航海实践中, 驾驶人员时有违反《规则》的行为(过失行为) 。大量的分析表明, 所有的碰撞事故中必定都存在过失行为。

349

目前, 人为因素被公认为是碰撞事故发生的主要因素, 考虑到在能见度不良时发生的船舶碰撞事

故约占所有碰撞事故的90%,作者就以能见度不良水域中由于人的行为过失所造成的碰撞事故为例, 从存在碰撞危险、紧迫局面、紧迫危险和发生碰撞这四个阶段的相互关系分析入手, 运用演绎推理分析方法, 逐层构造影响船舶碰撞事故的各因素之间的逻辑关系, 编制出船舶碰撞事故树, 如图1所示

。

图1　船舶碰撞事故树

350大连海洋大学学报　　　　　　　　　　　　第25卷

(X ; 在最迟避让时机的避让行动阶段采取了21) 不适当或违章的转向(X ; 在形成紧迫危险之2)

后, 由于驾驶员的操船不熟练, 或是粗心大意﹑紧张等心理因素, 导致紧急避让过程中的行为过失(X 。1)

2) 当存在碰撞危险时, 船舶驾驶员没有认真遵守《规则》的有关规定, 采取早让宽让(X 13) 的行动; 未使用安全航速(X 雷达检修、5) 航行; 保养不力而发生故障(X ; 遇到能见度不良情况6) 时, 未遵照《规则》的要求鸣放雾号(X , 未10) 派专人进行瞭望(X , 未使用V H F 与目标船联11) 络(X 。12)

3) 能见度不良时未正确使用雷达(X , 未7) 使用适合当时环境和情况的一切有效手段保持正规的瞭望(X , 以致于发现物标过迟; 未能及时判8) 断出当时的局面, 对于目标船动态判断失误(X ; 最迟避让时机的避让行动阶段, 未遵照4)

《规则》采取大幅度的避让行动(X 。3)

4) 存在碰撞危险时, 没有及时采取避让行动, 主要表现在:未装备雷达(X 或尽管装有雷15) 达但雷达未开(X , 以致于没有发现来船; 未使14) 用雷达大距离标尺(X , 未进行雷达标绘(X 或18) 19) 未对雷达进行连续观测(X , 忽视最近会遇距离20) (D C P A ) (X 或最近会遇时间(T C P A ) (X 太小, 16) 17)

导致对碰撞危险估计不足, 最终导致对当时局面的判断失误, 错失了早期采取避让行动的最佳时机。3. 2　事故控制措施分析

3. 2. 1　求最小径集　由最小径集构成的树可以认为是一棵成功树。根据最小割集与最小径集的对偶关系可知, 事故树的对偶树就是成功树。将原事故树中所有的逻辑与门变成或门, 将所有的或门变成与门, 并将各类事件发生变成不发生, 此时事故树就转换成为成功树。显然, 求出成功树的最小割集, 就是所求事故树的最小径集。

成功树的布尔代数式为:

　T′=M +X =M +M +X =M +M +M 1′1′2′3′1′9′10′4′

+M +X =M +M +M +M +M 5′1′9′11′12′13′4′

+M M +X =X +X+X+X X 6′7′1′9′21′22′5′9′X X X +X X X X X X X X 10′11′12′14′15′6′16′17′18′19′20′+X X +X +X X X X X X +X =2′13′2′3′4′5′6′7′8′1′X +X +X +X +X +X X X X X 1′2′9′21′22′3′4′5′6′7′X +X X X X X X X X 。(3) 8′6′14′15′16′17′18′19′20′

根据式(3) 得到该成功树的7组最小割集, 亦即[17]

3　事故树的定性分析

3. 1　事故原因分析

3. 1. 1　求最小割集　根据船舶碰撞事故树中(图1) 各事件之间的逻辑关系, 可以得到事故树的布尔代数式:

　T=M M M X 1X 1=2M 3X 1=9M 10M 4M 5X 1=9X 21X 22

M M M X X 11M 12M 13X 2(6+7) X 1=9X 21X 22(5+X X X X M M X 9+10+11+12) (14+15) (2+X M M X X 13)X 2(6+7)X 1=1X 2X 9X 21X 22(2+X X X X X X X X 13) (5+9+10+11+12) (3+4

+X X X X X X X X 5+6+7+8) (6+14+15+16+X X X X 17+18+19+20)。

(1)

将式(1) 化简可以得到480组最小割集。很显然, 当所有这些最小割集中任意一个发生时, 顶事

件(碰撞事故) 必然发生。3. 1. 2　基本事件结构重要度分析　各基本事件在这480组最小割集中出现的频率大小, 反映了各基本事件对碰撞事故发生的影响程度, 也称为结构重要度, 其计算公式如下:

, I i ) ∑k (

(X ) k r =1m r i ∈E r

　　i=1, 2, …, n

最小割集E 中出现的频数。r

分析各基本事件出现的频率, 运用式(2) 得出各基本事件对事故发生的影响程度及排序见表1。

表1　各基本事件的重要度系数

T a b . 1　Im p o r t a n c e c o e f f i c i e n t s o f b a s i s e v e n t s

基本事件b a s i s e v e n t s X 1, X 2, X 9, X 21, X 22X 13X 5X 6

X 10, X 11, X 12X 3, X 4, X 7, X 8

X 14, X 15, X 16, X 17, X 18, X 19, X 20

重要度系数i m p o r t a n c e c o e f f i c i e n t s

0. 122110. 057330. 040480. 033250. 023680. 020210. 01522

(2)

式中:k为最小割集的总个数;m 为基本事件X 在r i

3. 1. 3　事故主要原因分析　根据上述基本事件组合及各基本事件的重要度系数, 得到在能见度不良情况下导致船舶碰撞的主要原因有:

1) 能见度不良的情况下未采取备车航行(X ; 在自由行动阶段未采取任何避让行动9) (X , 而放任两船继续逼近; 目标船进入本船领22) 域叉时

第4期　　　　　　　　　姚杰, 等:基于事故树分析的海上交通事故的研究

P X , P X , P X , 1={1}2={2}3={9}P X , P X , 4={21}5={22}

P X X X X , 6={3, 4, 5, 6, X 7, X 8}P {X 。7=6, X 14, X 15, X 16, X 17, X 18, X 19, X 20}

351

只要这些最小径集中所包含的基本事件都不发生, 就可防止碰撞事故发生。根据最小径集的定义, 可

得到用最小径集表示的图1的等效图, 如图2所示

。

图2　用最小径集表示的图1的等效图F i g . 2　Eq u i v a l e n t f i g u r e o f f i g u r e 1

3. 2. 2　船舶碰撞事故的控制措施分析　从上述7

组最小径集可以分析得出船舶碰撞事故的控制措施及要求, 进而最大限度地控制船舶碰撞事故的发生。具体控制措施如下:

1) 从成功路径P 1中的基本事件X 1可知, 船舶驾驶员必须始终确保对安全的警觉性, 同时要具备良好的心理素质, 面对紧迫危险能够做到临危不乱、胆大心细, 能够正确运用过硬的操船水平, 按照“良好船艺”的要求采取避让行动, 以挽救船舶碰撞的危局。

2) 从成功路径P 2中的基本事件X 2可知, 能见度不良时, 在充分了解及有充分理由判定来船动态之前应避免盲目转向, 绝对不能单凭雾号就进行转向, 尤其是对航向作一连串的小变动。盲目的转向只能导致碰撞的发生, 当事者也必将为此而承担重大责任。

3) 从成功路径P 3中的基本事件X 9可知, 在能见度不良时, 机动船应将机器作好随时操纵的准备, 即备车航行。备车是能够随时操纵船舶的准备工作, 也是随时减速、停车或倒车的基础。一般认为, 能见度小于5n m i l e 时就应备车。即使在宽广的大洋中, 也应该做到这样。由于备车需花数分钟时间, 因此, 当意识到能见度有变坏的可能时, 应及早通知轮机员备车航行。

4) 从成功路径P 4中的基本事件X 21可知, 在能见度不良的水域中应避免船舶“会遇”,特别是近距离“会遇”。一旦出现“会遇”局面, 很有可能存在碰撞危险。为确保安全, 两船间的安全会遇水域中, 船舶间的D C P A 一般应保持在2n m i l e 以上。

5) 从成功路径P 5中的基本事件X 22可知, 驾驶人员应充分认识到在能见度不良时, 无论是交叉态势还是追越态势, 双方均负有避让责任和义务, 任何船舶都应密切注意来船动态及早判断, 及早避让。所谓“及早”是指在时间和距离两个方面都留有充分的余地, 避碰行动完成后, 两船能在安全距离上驶过, 而且还应当保证一旦双方所采取的行动不协调或者有第三船介入时, 还有弥补的余地。6) 从成功路径P 7中的基本事件X 3～X 8可知, 任何船舶在任何时候都要使用适合当时环境和情况的有效手段, 保持正规的瞭望, 包括在能见度不良时增派瞭望人员; 严格采用安全航速行驶, 以便有充分的时间去估计局面, 又有足够的余地采取适当而有效的避让行动; 正确地判断所发现的目标船与本船之间是否存在碰撞危险; 如需采取避让措施, 应当采取大幅度的行动, 以使他船用雷达观测时容易察觉到; 经常对雷达进行检修并保持其能够正常工作, 同时必须正确使用雷达, 特别是当预计到能见度不良时。

7) 从成功路径P 8中的基本事件X 6、X 14～X 20可知, 船舶应装配雷达并始终保持可用状态, 在避让时使用雷达上的大距离标尺, 以便及早发现来船, 同时对观测到的目标进行雷达标绘或与其相当的系统观察, 以获得充分的雷达资料, 正确地判断目标船动态。再者, 及时对碰撞危险作出充分的估计, 应特别重视D C P A 或T C P A 偏小的会遇局面, 。

352大连海洋大学学报　　　　　　　　　　　　第25卷

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4　结束语

海上交通事故致因是多种多样且错综复杂的。目前, 对船舶海上交通事故的分析研究已成为国内外专家、学者的重要课题之一, 这对于保证海上交通运输安全、保护海洋环境以及保障船舶公司的经

济利益都将起着至关重要的作用。运用事故树分析方法研究海上交通事故是一种行之有效的方法, 能够全面地分析影响事故的各种主要因素及其逻辑关系, 可以方便地制定出预防和控制事故的措施, 能够最大限度地避免事故的发生。

事故树分析包括定性分析和定量分析两大类。由于目前无法统计到设备的故障率和人为失误率的实际资料, 在实际应用时, 一般只能进行定性分析。实践表明, 定性分析也能取得好的效果, 对航海人员、航行安全管理人员以及海事调查人员都有一定的指导作用。

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R e s e a r c ho f m a r i n e a c c i d e n t s b a s e d o n F T Am e t h o d

Y A OJ i e , R E NY u -q i n g , L I Y u -w e i

(1. N a v i g a t i o nC o l l e g e , D a l i a nM a r i t i m e U n i v e r s i t y , D a l i a n 116026, C h i n a ; 　　2. O c e a n E n g i n e e r i n g C o l l e g e , D a l i a n O c e a n U n i v e r s i t y , D a l i a n 116023, C h i n a )

1, 2

A b s t r a c t :T h e f a u l t t r e e a n a l y s i s (F T A )m e t h o di ns y s t e ms a f e t y a n a l y s i s i s a p p l i e dt o a n a l y z e t h e m a r i n e a c c i -d e n t s . A s a n e x a m p l e , t h e f a u l t t r e e i s b u i l t u p a c c o r d i n g t o t h e i n f l u e n c e o f v a r i o u s f a c t o r s o f s h i p c o l l i s i o n a c c i -d e n t a n d t h e i r l o g i c a l r e l a t i o n s h i p , a n d a n a l y z e d q u a l i t a t i v e l y t o f i n d o u t i m p o r t a n t d e g r e e c o e f f i c i e n t o f e a c h f a c t o r a n d m i n i m a l p a t h -s e t s . T h e n c o n t r o l m e a s u r e s o f a c c i d e n t s a r e p u t f o r w a r d t o a v o i d t h e s h i p c o l l i s i o n a c c i d e n t s . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h i s m e t h o d c a n r e f l e c t t h e f a c t s y s t e m i c a l l y a n d o b j e c t i v e l y , f i n d o u t t h e d i r e c t r e a s o n s f o r t h e a c c i d e n t s , s u m m a r i z e t h e e x p e r i e n c e s a n d l e s s o n s , a n d p u t f o r w a r d t h e p r e c a u t i o n a r y m e a s u r e s . I t m a y p l a y a n i m -p o r t a n t r o l e i n t h e c o n t r o l o f m a r i n e t r a f f i c a c c i d e n t s .

K e y w o r d s :w a t e r w a y t r a n s p o r t a t i o n ; m a r i n e t r a f f i c a c c i d e n t ; f a u l t t r e e a n a l y s i s ; p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l